WO2013007578A2 - Verfahren zur herstellung eines durch schmelztauchbeschichten mit einer metallischen schutzschicht versehenen stahlflachprodukts - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines durch schmelztauchbeschichten mit einer metallischen schutzschicht versehenen stahlflachprodukts Download PDF

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Definitions

  • cold-rolled steel flat product typically has a thickness of 0.2-4.0 mm and in addition to Fe and unavoidable impurities (in% by weight)
  • the temperature of the injected gas can be up to 100 ° C above the pre-oxidation temperature.
  • Preoxidized steel flat product existing FeO layer is the incipient reduction by the contained in the annealing atmosphere H 2 to form
  • dew point stabilization shows a representation of the dew point stabilization according to the invention above the critical dew point limit over the entire length of the annealing furnace by combined use of targeted pre-oxidation (dew point as a result of FeO reduction) and moistening (dew point in succession moistening).

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Abstract

Bei einem schmelztauchbeschichteten Stahlflachprodukt werden eine optimale Benetzung und Haftung des Schmelztauchüberzugs durch eine Voroxidation in einem DFF-Vorwärmofen und eine Befeuchtung der Glühatmosphäre in einer Haltezone erzielt. Dazu wird zunächst das 550 - 850 °C heiße Stahlflachprodukt in einem Voroxidationsabschnitt des DFF-Ofens innerhalb von 1 - 15 s einer oxidierenden durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gasstroms in die Flamme eines Brenners eingebrachten Atmosphäre ausgesetzt, um auf seiner Oberfläche eine deckende FeO-Schicht zu bilden, wogegen außerhalb des Voroxidationsabschnitts im DFF-Ofen eine gegenüber der Stahloberfläche reduzierende oder neutrale Atmosphäre herrscht. Dann wird das derart auf eine Haltetemperatur von 600 - 1100 °C aufgeheizte Stahlflachprodukt unter einer FeO reduzierenden Atmosphäre rekristallisierend geglüht, deren Taupunkt durch Feuchtigkeitszugabe bei -40 °C bis +25 °C gehalten wird, unter einer ≤100 % N2 und einen Taupunkt von -80 °C bis -25 °C aufweisenden Atmosphäre auf eine Badeintrittstemperatur von 420 - 780 °C abgekühlt und durch ein Schmelzenbad geleitet.

Description

Verfahren zur Herstellung eines durch
Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen
Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer
metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts, insbesondere eines hochfesten Stahlflachprodukts mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa oder eines höchstfesten Stahlflachprodukts mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1000 MPa.
Wenn im Folgenden von Stahlflachprodukten die Rede ist, dann sind damit jegliche kalt- oder warmgewalzte
Stahlbänder, Stahlbleche, Stahlblechzuschnitte oder desgleichen gemeint, wobei hier insbesondere die
Verarbeitung von in Bandform vorliegenden
Stahlflachprodukten im Mittelpunkt steht.
Hoch-/ höchstfeste Stahlflachprodukte werden aufgrund ihrer vorteilhaften Kombination aus Festigkeit und
Umformbarkeit in zunehmender Menge nachgefragt. Dies gilt insbesondere für Blechanwendungen im automobilen
Karosseriebau. Dabei beruhen die herausragenden
mechanischen Eigenschaften solcher Stahlflachprodukte auf einer mehrphasigen Mikrostruktur des Werkstoffs, ggf. unterstützt durch induzierte Plastizität austenitischer Phasenanteile (TRIP-, TWIP- oder SIP-Effekt) . Um eine solch komplexe Mikrostruktur zu erhalten, weisen die hier in Rede stehenden Stahlflachprodukte üblicherweise nennenswerte Gehalte an bestimmten Legierungselementen auf, zu denen typischerweise Mangan (Mn) , Aluminium (AI) , Silizium (Si) oder Chrom (Cr) zählen. Eine
Oberflächenveredelung in Form einer metallischen
Schut schicht erhöht dabei nicht nur die Beständigkeit der Stahlflachprodukte gegen Korrosion und damit
einhergehend deren Produktlebensdauer, sondern verbessert auch ihre optische Anmutung.
Es sind verschiedene Verfahren zum Auftragen einer metallischen Schutzschicht bekannt. Hierzu zählen die elektrolytische Abscheidung und die
Schmelztauchbeschichtung . Neben einer elektrolytisch erzeugten Veredelung hat sich die Schmelztauchveredelung als ökonomisch und ökologisch besonders günstiges
Verfahren etabliert. Beim Schmelztauchbeschichten wird das zu beschichtende Stahlflachprodukt in ein metallisches Schmelzbad eingetaucht.
Als besonders kosteneffektiv erweist sich die
Schmelztauchveredelung dann, wenn ein im walzharten
Zustand angeliefertes Stahlflachprodukt-Vormaterial in einem kontinuierlichen Durchlauf den Verfahrensschritten Reinigung, Rekristallisationsglühen,
Schmelztauchbeschichten, abkühlen, optionales
thermisches, mechanisches oder chemisches Nachbehandeln und Aufhaspeln zu einem Coli unterzogen wird. Die auf diese Weise durchgeführte Glühbehandlung kann zur Aktivierung der Stahloberfläche genutzt werden. Dazu wird üblicherweise in dem im kontinuierlichen Durchlauf durchlaufenen Glühofen eine N2-H2-Glühgasatmosphäre mit typischerweise unvermeidbaren Spuren an H20 und 02
aufrechterhalten .
Die Anwesenheit von Sauerstoff in der Glühatmosphäre hat den Nachteil, dass die im jeweils zu behandelnden
Stahlflachprodukt enthaltenen sauerstoffäffinen
Legierungselemente (Mn, AI, Si, Cr,...) selektiv passive, nicht-benetzbare Oxide auf der Stahloberfläche bilden, wodurch die Überzugsqualität oder -haftung auf dem
Stahlsubstrat nachhaltig verschlechtert werden kann. Es sind daher verschiedene Versuche unternommen worden, die Glühbehandlung von hoch- und höchstfesten Stählen der hier in Rede stehenden Art so durchzuführen, dass die selektive Oxidation der Stahloberfläche weitestgehend unterdrückt wird.
Ein erstes Verfahren dieser Art ist aus der
DE 10 2006 039 307 B3 bekannt. Bei diesem Verfahren zur Schmelztauchveredelung von Stählen mit 6 - 30 Gew.-% Mn wird das schmelztauchzubeschichtende Stahlflachprodukt unter besonders reduktiven Atmosphärebedingungen
(niedriges H20/H2-Verhältnis der Glühatmosphäre und hohe Glühtemperatur) blankgeglüht.
In der EP 1 936 000 AI und der JP 2004 315 960 A sind jeweils Verfahrenskonzepte beschrieben, bei denen die Atmosphärenbedingungen im Durchlaufofen innerhalb
bestimmter Grenzen und in Abhängigkeit von der Temperatur des jeweils verarbeiteten Stahlflachprodukts eingestellt werden. Auf diese Weise soll jeweils die interne
Oxidation der Sauerstoffäffinen Legierungselemente gefördert werden, ohne dass dabei FeO auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts gebildet wird. Voraussetzung dafür ist allerdings ein genau abgestimmtes Zusammenspiel der verschiedenen Einflussfaktoren auf die Glühgas-Metall- Reaktion, wie Glühgaszusammensetzung, -feuchte oder
Glühtemperatur. Diese liegen in der Regel anlagenbedingt inhomogen über den kompletten Ofenraum verteilt vor. Diese Inhomogenität macht es schwierig, diese Prozesse im großindustriellen Maßstab effektiv zu nutzen.
Eine andere Möglichkeit, der im Zuge einer Glühbehandlung durchgeführten Vorbereitung eines Stahlflachprodukts für das Schmelztauchbeschichten besteht darin, dass in einem für das Glühen eingesetzten Durchlaufglühofens innerhalb einer Vorwärmzone nach DFF-Bauart ("DFF" = Direct Fired Furnace) Voroxidationen durchgeführt werden. Bei einem DFF-Ofen wirken von Gasbrennern ausgebrachte Flammen direkt auf das zu behandelnde Stahlflachprodukt. Indem die Brenner mit 02-Überschuss (Vertrimmung zu einer
Luftzahl λ > 1) betrieben werden, wird das
Oxidationspotenzial der das Stahlflachprodukt umgebenden Atmosphäre so eingestellt, dass sich auf den Oberflächen des Stahlflachprodukts gezielt eine deckende FeO-Schicht bildet. Diese FeO-Schicht unterbindet die selektive
Oxidation der Sauerstoffäffinen Legierungselemente des Stahlflachprodukts. In einem anschließend in einer
Haltezone durchgeführten zweiten Glühschritt wird die FeO-Schicht wieder vollständig zu metallischem Eisen zurück reduziert. Ein Verfahrensansatz dieser Art ist seit langem aus der DE 25 22 485 AI bekannt. Der Vorteil der Vorerwärmung des Stahlflachprodukts in einem in DFF-Bauweise ausgeführten Vorwärmofen besteht dabei neben den voranstehend
erläuterten Effekten darin, dass sich besonders hohe Aufheizraten des Stahlbands erzielen lassen, was die Dauer des Glühzyklus merklich verkürzt und somit die Ausbringung der mit einem entsprechenden Durchlaufofen verkoppelten Schmelztauchbeschichtungsanlage deutlich erhöhen kann. Die Einstellung einer als optimal
angesehenen FeO-Schichtdicke von 20 - 200 nm in einer homogenen, gleichmäßigen Verteilung über die Bandbreite ist jedoch alleine über eine Vertrimmung der
DFF-Brennerflammen nur schwer kontrollierbar. Sowohl eine zu geringe als auch eine zu Dicke FeO-Schicht können zu Benetzungs- und Haftungsstörungen führen.
Eine sehr gleichmäßige Voroxidation aufgrund des direkten Bandkontakts zu einer Hüllflamme erlaubt ein so genannter "DFI-Booster" ("DFI" - Direct Flame Impingement ) , wie er in der DE 10 2006 005 063 AI beschrieben ist. Allerdings ist der Einsatz eines solchen DFI-Boosters nur unter bestimmten baulichen Voraussetzungen möglich, wie sie bei vielen bestehenden Schmelztauchbeschichtungsanlagen nicht gegeben sind.
Aus der EP 2 010 690 Bl und der DE 10 2004 059 566 B3 sind des Weiteren Verfahren bekannt, bei denen eine
FeO-Schicht auf der Oberfläche des jeweils verarbeiteten Stahlflachprodukts durch Einspeisung von 0,01 - 1 Vol.-% O2 über eine Dauer von 1 - 10 s in eine geschlossene Reaktionskammer erzeugt wird. Die Installation einer solchen Reaktionskammer ist allerdings nur in einem indirekt beheizten RTF-Ofen möglich, bei dem die
Beheizung des Stahlflachprodukts über Wärmestrahlung erfolgt ("RTF": Radiant Tube Furnace) .
Aus der US 2010/0173072 AI ist es schließlich bekannt, dass der Taupunkt der Oxidationsatmosphäre in einem
Glühofen durch eine gezielte Befeuchtung so eingestellt werden kann, dass die angestrebte innere Oxidation der Legierungselemente des jeweils verarbeiteten
Stahlflachprodukts gewährleistet ist. Die Voroxidation des Stahlflachprodukts wird dabei in einem indirekt beheizten Ofen des RTF-Typs durchgeführt.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich hoch- und
höchstfeste Stähle mit nennenswerten Legierungsanteilen an Sauerstoffäffinen Legierungselementen (Mn, AI, Si, Cr, ... ) an einer kontinuierlich arbeitenden Anlage kosten- und ressourceneffektiv schmelztauchbeschichten lassen .
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst worden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im
Einzelnen erläutert. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts, umfasst demnach mindestens folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines kalt- oder warmgewalzten
Stahlflachprodukts, das neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 35,0 % Mn, bis zu 10,0 % AI, bis zu 10,0 % Si, bis zu 5,0 % Cr, bis zu 2,0 % Ni, jeweils bis zu 0,5 % an Ti, V, Nb, Mo, jeweils bis zu 0,1 % an S, P, N, bis zu 1,0 % C enthält ; b) optionales Reinigen des Stahlflachprodukts; c) Aufheizen des Stahlflachprodukts auf eine
600 - 1100 °C betragende Haltetemperatur, wobei das Aufheizen c.l) innerhalb einer Aufheizzeit von 5 - 60 s c.2) in einem Vorwärmofen des DFF-Typs erfolgt, c.3) in dem ein Voroxidationsabschnitt ausgebildet ist, in dem das Stahlflachprodukt eine
Voroxidationstemperatur von 550 - 850 °C aufweist und in dem das Stahlflachprodukt für 1 - 15 s einer oxidierenden Atmosphäre mit einem
Sauerstoff-Gehalt von 0,01 - 3,0 Vol.-%
ausgesetzt wird, der durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gasstroms in die Flamme mindestens eines dem Voroxidationsabschnitt zugeordneten Brenners in die
Voroxidationsatmosphäre eingebracht wird, um auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts eine deckende FeO-Schicht zu bilden, c.4) während außerhalb des Voroxidationsabschnitts in dem Vorwärmofen eine gegenüber der
Stahloberfläche reduzierende oder neutrale
Atmosphäre herrscht, die aus N2 und zusätzlich 5 - 15 Vol.-% C02, 0,1 - 2,0 Vol.-% CO und in Summe höchstens 10 Vol.-% H2, 02 und HObesteht; rekristallisierendes Glühen des Stahlflachprodukts durch Halten des Stahlflachprodukts für eine
Haltedauer von 30 - 120 s auf der Haltetemperatur in einem Glühofen, der im Anschluss an den Vorwärmofen durchlaufen wird, um eine Rekristallisierung des Stahlflachprodukts zu bewirken, wobei d. l) in dem Glühofen eine gegenüber FeO reduzierend wirkende Glühatmosphäre herrscht, die 0,01 - 85,0 Vol.-% H2, bis zu 5 Vol.-% H20, weniger als 0,01 Vol.-% 02 und als Rest N2 enthält und
d.2) der Taupunkt der Glühatmosphäre über den gesamten Weg des Stahlflachprodukts durch den Glühofen zwischen -40 °C und +25 °C gehalten wird, indem durch Zufuhr von Feuchtigkeit mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung Verluste oder Unregelmäßigkeiten der Verteilung der
Feuchtigkeit der Atmosphäre ausgeglichen werden; e) Abkühlen des Stahlflachprodukts auf eine
430 - 800 °C betragende Badeintrittstemperatur, wobei die Abkühlung unter einer Abkühlatmosphäre erfolgt, die bis zu 100 % aus N2 und, sofern vorhanden, als Rest aus H2 sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; f) optionales Halten des Stahlflachprodukts für
5 - 60 s bei der Badeintrittstemperatur und unter der Abkühlatmosphäre; g) Einleiten des Stahlflachprodukts in ein
Schmelzenbad, dessen Temperatur 420 - 780 °C beträgt, wobei im Übergangsbereich zu dem
Schmelzenbad die Abkühlatmosphäre aufrechterhalten bleibt und der Taupunkt der Abkühlatmosphäre auf -80 °C bis -25 °C eingestellt wird; h) Durchleiten des Stahlflachprodukts durch das
Schmelzenbad und Einstellen der Dicke der auf dem aus dem Schmelzenbad austretenden
Stahlflachprodukt vorhandenen metallischen Schutzschicht ; i) optionales Wärmebehandeln des mit der metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts.
Erfindungsgemäß wird also das jeweils bereitgestellte Stahlflachprodukt in einem kontinuierlich ablaufenden Verarbeitungsprozess an einer
Schmelztauchbeschichtungsanlage mit DFF-Vorwärmer und einer Haltezone wärmebehandelt, unmittelbar anschließend abgekühlt und in-line oberflächenveredelt. Je nach
Verwendungszweck kann dabei auf das Stahlflachprodukt ein Zink-, Zink/ Aluminium-, Zink/ Magnesium-, Aluminium- oder Aluminium/ Silizium-Schmelztauchüberzug appliziert werden. Überzüge dieser Art werden in der Fachwelt auch beispielsweise mit den Kurzbezeichnungen "Z", "ZF", "ZM", "ZA", "AZ", "AS" bezeichnet. Eine höchsten Anforderungen genügende Benetzung und Haftung durch den
Schmelztauchüberzug werden dabei dadurch sichergestellt, dass das jeweilige Stahlflachprodukt im Zuge des
erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine gezielte
Kombination einer besonders homogenen Voroxidation im DFF-Vorwärmer und einer gezielten Befeuchtung der
Glühatmosphäre in der Haltezone so vorbereitet wird, dass die Oberfläche des Stahlflachprodukts bei Eintritt in das jeweilige Schmelztauchbad weitestgehend frei von
störenden Oxiden ist.
Das erfindungsgemäß verarbeitete, in warm- oder
kaltgewalzten Zustand bereitgestellte Stahlflachprodukt weist typischerweise eine Dicke von 0,2 -4,0 mm auf und enthält neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew. -%)
- bis zu 35 % Mn, insbesondere bis zu 2,5 % Mn, wobei, Mn-Gehalte von mindestens 0,5 % typisch sind,
- bis zu 10,0 % AI, insbesondere bis zu 2,0 % AI, wobei, sofern AI in wirksamen Gehalten vorhanden ist,
Al-Gehalte von mindestens 0,005 % typisch sind,
- bis zu 10,0 % Si, insbesondere bis zu 2,0 % Si, wobei, sofern Si in wirksamen Gehalten vorhanden ist, Si- Gehalte von mindestens 0,2 % typisch sind, - bis zu 5,0 % Cr, insbesondere bis zu 2,0 % Cr, wobei, sofern Cr in wirksamen Gehalten vorhanden ist,
Cr-Gehalte von mindestens 0,005 % typisch sind,
- Ni-Gehalte von bis zu 2,0 %, wobei, sofern Ni in
wirksamen Gehalten vorhanden ist, Ni-Gehalte von mindestens 0,01 % typisch sind,
- Gehalte an i, V, Nb, Mo von jeweils bis zu 0,5 %, wobei, sofern Ti, V, Nb, Mo in wirksamen Gehalten vorhanden ist, der Gehalt an diesen Elementen jeweils mindestens 0,001 % beträgt,
- optional Gehalte an B von 0,0005 - 0,01 %,
- Gehalten an S, P, N von jeweils bis zu 0,1 %, sowie
- C-Gehalte von bis zu 1,0 %, insbesondere mindestens
0,005 %, wobei die Obergrenze des C-Gehaltes auf 0,2 % beschränkt ist.
Das so bereitgestellte Stahlflachprodukt wird, sofern erforderlich, einer konventionell durchgeführten
Reinigung unterzogen.
Daraufhin wird das Stahlflachprodukt innerhalb einer Aufheizzeit von 5 - 60 s, insbesondere 5 - 30 s, in einem Vorwärmofen des DFF-Typs auf eine 600 - 1100 °C,
insbesondere 750 - 850 °C, betragende Haltetemperatur erwärmt. Eine Aufheizzeit von mindestens 5 s ist
erforderlich, um das Stahlflachprodukt auf die
erforderliche Mindesttemperatur von 600 °C zu erwärmen. Eine Aufheizzeit von maximal 60 s sollte nicht
überschritten werden, um ein für den Glühprozess optimales Ausgangsgefüge einzustellen. Darüber hinausgehende
Aufheizzeiten bergen das Risiko, die erforderlichen mechanischen Eigenschaften des Endprodukts nicht zu erreichen. Eine Verkürzung der Aufheizzeit auf maximal 30 s trägt zur Verbesserung der Anlagenausbringung und der Wirtschaftlichkeit des Prozesses bei.
In dem DFF-Vorwärmer wird dabei eine gegenüber der
Stahloberfläche reduzierende oder neutrale Atmosphäre aufrechterhalten, die im Wesentlichen aus N2 und
zusätzlich 5 - 15 Vol.-% C02, 0,1 - 2,0 Vol.-% CO und in Summe höchstens 10 Vol.-% H2, O2 und H2O besteht. Auch bei in Summe bis zu 10 Vol.-% an H2+O2+H2O ist der Anteil an Sauerstoff in der Atmosphäre dabei so gering, dass die Atmosphäre neutral bzw. reduzierend gegenüber dem Eisen des Stahlsubstrats ist.
In einem Prozessfenster, in dem das Stahlflachprodukt 550 - 850 °C, insbesondere 600 - 700 °C warm ist, wird das Stahlflachprodukt innerhalb der Aufheizphase für 1 - 15 s einer Voroxidationsatmosphäre ausgesetzt, die 0,01 - 3,0 Vol.-% O2 enthält. Die Voroxidation soll bei Temperaturen von mindestens 550 °C durchgeführt werden, weil erst ab dieser Temperatur die durch die Voroxidation zu verhindernde selektive Oxidation der
Legierungselemente einsetzt. Die Voroxidation wird bei Temperaturen bis maximal 850 °C durchgeführt, weil bei höheren Temperaturen die Oxidschicht zu dick wird.
Experimente haben gezeigt, dass eine Voroxidation im Temperaturbereich von 600 - 700 °C optimale
Beschichtungsergebnisse liefert. Unter der
Voroxidationsatmosphäre bildet sich auf dem jeweils verarbeiteten Stahlflachprodukt eine 20 - 300 nm, optimalerweise 20 - 200 nm dicke FeO-Schicht, welche die Stahloberfläche deckend belegt. Temperaturen von
mindestens 600 °C sind dabei erforderlich, um eine ausreichende Rekristallisation des Grundwerkstoffs zu erzielen. Gleichzeitig sollten Temperaturen von maximal 1100 °C nicht überschritten werden, um Grobkornbildung zu vermeiden. Die Haltetemperatur liegt bevorzugt bei 750 - 850 °C, weil dies den optimalen Produktionsbereich hinsichtlich der Anlagenauslastung bzw.
Wirtschaftlichkeit des Prozesses darstellt.
Das betreffende Prozessfenster innerhalb der Aufheizphase kann dadurch realisiert werden, dass mindestens einer der der Voroxidations zone zugeordneten Brenner mit 02- Überschuss (λ > 1) betrieben wird. Ziel ist es dabei, eine sehr homogene FeO-Schicht von gleichmäßiger Dicke auf dem Stahlflachprodukt zu erzeugen.
Zu diesem Zweck kann ein nennenswerter 02- oder Luft- Strom mittels eines sogenannten "Jet-Rohrs" separat in die Brennflamme eingeblasen werden. Ein Beispiel für ein solches Jet-Rohr ist DE 10 2004 047 985 AI beschrieben. Jet-Rohre erlauben es, einen hoch konzentrierten Gasstrom mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und entsprechend hoher kinetischer Energie auszubringen. Der erfindungsgemäß in die Brennerflamme gerichtete, von dem Jet-Rohr
ausgebrachte Gasstrom bewirkt eine starke Verwirbelung der Brennerflamme. Auf diese Weise wird die Verteilung der Gasbestandteile, insbesondere des in den Vorwärmöfen eingeblasenen Sauerstoffs über den Ofenquerschnitt wesentlich vergleichmäßigt. Dabei ergibt sich eine optimale Wirkung, wenn die Einblasgeschwindigkeit des Gasstroms auf 60 - 180 m/s eingestellt wird. Die
Temperatur des eingeblasenen Gases kann dabei bis 100 °C oberhalb der Voroxidationstemperatur liegen.
Optimaler Weise werden in dem Vorwärmofen mindestens zwei Brenner eingesetzt, von denen der eine der Oberseite und der andere der Unterseite des jeweils verarbeiteten
Stahlflachprodukts zugeordnet ist.
Alternativ ist es auch denkbar, mittels eines DFI- Boosters, der mit mindestens einer der Oberseite und einer der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten Rampe ausgestattet ist und mit 02-Überschuss betrieben wird {λ > 1) , den notwendigen Sauerstoffüberschuss in der Voroxidationsatmosphäre zu erzeugen. Als "Rampe" werden dabei die mit Brennerdüsen besetzten Gestelle bezeichnet, die die Flammen so direkt gegen die ihnen jeweils
zugeordnete Oberfläche des Stahlflachprodukts richten, dass das Stahlflachprodukt von den Brennerflammen
eingehüllt ist.
Erforderlichenfalls kann dem DFF-Vorwärmofen ein
zusätzlicher DFI-Booster vorgeschaltet sein, welcher ohne vorzuoxidieren das Stahlband gleichmäßig und schnell erwärmt und die Bandreinigung verbessert. Dadurch kann die Anlagenausbringung zusätzlich gesteigert werden.
Nach dem Aufheizen auf die Haltetemperatur durchläuft das erfindungsgemäß voroxidierte Stahlflachprodukt für 30 - 120 s, insbesondere 30 - 60 s, einen an den
Vorwärmofen angeschlossenen Glühofen, in dem es einer rekristallisierenden Glühung bei der jeweiligen
Haltetemperatur unterzogen wird. Der Glühofen, in dem das Halten bei der Haltetemperatur durchgeführt wird, ist dabei typischerweise in RTF-Bauart ausgelegt. Die
Mindestdurchlaufzeit von 30 s ist erforderlich, um den Werkstoff voll auszurekristallisieren . Die maximale
Durchlaufzeit von 120 s sollte nicht überschritten werden, um einer Grobkornbildung vorzubeugen. Eine
Durchlaufzeit von 30 - 60 s erweist sich nicht nur im Hinblick auf einen optimalen Ofendurchsatz und eine ebenso optimale Anlagenausbringung aus wirtschaftlichen Gründen als vorteilhaft, sondern auch, um nach dem
Auflösen der FeO-Schicht, zu dem es in Folge der
reduzierend auf Fe wirkenden Atmosphäre kommt, eine externe Oxidation der Legierungselemente (Mn, Si, AI, Cr, ...) des Stahlsubstrats zu vermeiden.
Die in dem Glühofen herrschende Glühgasatmosphäre besteht aus 0,01 - 85,0 Vol.-% H2, bis zu 5 Vol.-% H20, weniger als 0,01 Vol.-% 02 und als Rest N2.. Der bevorzugte
Bereich für den Wasserstoffanteil liegt bei 3,0 - 10,0 Vol.-%. Ab 3 Vol.-% Wasserstoff in der Atmosphäre ist es möglich, auch bei kurzen Glühdauern ein ausreichendes Reduktionspotenzial gegenüber FeO einzustellen. Es werden bevorzugt Anteile von weniger als oder gleich 10,0 Vol.-% Wasserstoff zur Ressourcenersparnis eingestellt und um den H2-Verbrauch zu reduzieren. Der Taupunkt "TP" der Glühatmosphäre wird dabei bei
-40 °C bis +25 °C gehalten. Der Taupunkt beträgt
einerseits -40 °C oder mehr, um die Triebkraft der externen Oxidation der Legierungselemente (z. B. n, AI, Si, Cr) zu minimieren. Andererseits wird durch einen Taupunkt von maximal +25 °C eine ungewollte Oxidation von Eisen vermieden. Experimentell konnte gezeigt werden, dass sich bei einem Taupunkt von wenigstens -30 °C besonders gute Oberflächenergebnisse einstellen.
Gleichzeitig liegt der Taupunkt bevorzugt bei höchstens 0 °C, um das Risiko einer Randentkohlung zu minimieren.
Die Glühparameter des rekristallisierenden Glühens sind dementsprechend insgesamt so einzustellen, dass während des Glühens eine Reduktion des FeO bewirkt wird, welches im Zuge der vorangegangenen Voroxidation (Arbeitsschritt c) ) auf den Oberflächen des Stahlflachprodukts gebildet worden ist. Am Ausgang des Glühofens weist das
erfindungsgemäß geglühte Stahlflachprodukt eine im
Wesentlichen aus metallischem Eisen bestehende Oberfläche auf .
Entscheidend für dieses Arbeitsergebnis ist, dass der Taupunkt der Glühatmosphäre über den gesamten Weg des Stahlflachprodukts durch den Glühofen nie unter -40 °C sinkt, wobei sich die gewünschte Beschaffenheit der Oberfläche des Stahlflachprodukts dann besonders sicher einstellt, wenn der Taupunkt jeweils oberhalb von -30 °C gehalten wird. Bei einem unterhalb des kritischen Werts von - 40 °C liegenden Taupunkt kann es zu einer externen Oxidation der Sauerstoffäffinen Legierungselemente des Stahlflachprodukts kommen, wodurch sich auf dem
Stahlflachprodukt die unerwünschten, Benetzung oder
Haftung des metallischen Überzugs störenden Oxide bilden könnten .
Dieser Effekt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die erfindungsgemäß im Glühofen durchgeführte
Reduktion des auf dem voroxidierten Stahlflachprodukt vorhandenen FeO in Kombination mit einer gezielten
Befeuchtung des Glühofenabschnitts verhindert. Die beim Eintritt in den Glühofen noch vollständig auf dem
voroxidierten Stahlflachprodukt vorhandene FeO-Schicht wird durch die einsetzende Reduktion durch den in der Glühatmosphäre enthaltenen H2 unter Bildung von
gasförmigen H20 zu metallischem Eisen umgewandelt. Da über die im Glühofen zurückgelegte Förderstrecke in
Richtung des Ausgangs des Glühofens immer weniger FeO auf dem Stahlflachprodukt zur Verfügung steht und der entstehende Wasserdampf in dem Glühofen anlagenbedingt unregelmäßig verteilt ist, ist erfindungsgemäß mindestens eine Befeuchtungseinrichtung vorgesehen, mit der der Glühatmosphäre gezielt Feuchtigkeit zugeführt werden kann, um Feuchtigkeitsverluste oder -Unregelmäßigkeiten auszugleichen .
Typischerweise werden zum rekristallisierenden Glühen eines Stahlflachprodukts eingesetzte Glühöfen von einer von ihrem Ausgang in Richtung ihres Eingangs gegen die Förderrichtung des jeweils zu behandelnden
Stahlflachprodukts gerichteten Gasströmung durchströmt. Besonders zweckmäßig ist es daher, die für die gezielte Feuchtigkeitszufuhr vorgesehene mindestens eine
Befeuchtungseinrichtung benachbart zum Ausgang des
Glühofens anzuordnen. Diese Anordnung führt nicht nur zur gleichmäßigen, durch den Gasstrom unterstützten
Verteilung der Feuchtigkeit, sondern berücksichtigt auch den Umstand, dass die Menge des durch die Reduktion des FeO-Belags des Stahlflachprodukts entstehenden
Wasserdampfs in Richtung des Ausgangs des Glühofens stetig abnimmt und dementsprechend ohne die Zufuhr von zusätzlicher Feuchtigkeit der Taupunkt unter den
kritischen Wert fallen könnte. Im Ergebnis wird durch die gezielte Einbringung der Feuchtigkeit in die
Glühatmosphäre somit über die gesamte Länge des
Förderwegs durch den Glühofen eine Atmosphäre
gewährleistet, deren Taupunkt stets oberhalb des
kritischen Schwellwertes liegt.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Befeuchtungsvorrichtung kann aus einem geschlitzten oder gelochten Rohr bestehen, wobei optimaler Weise jeweils ein solches Rohr quer zur Förderrichtung des Stahlflachprodukts ausgerichtet ober- und unterhalb des Förderweges angeordnet wird. Die individuelle Anlagenauslegung kann es erforderlich machen, weitere Befeuchtungsvorrichtungen über die
Haltezonenlänge verteilt zu installieren, um die
gewünschte Homogenität der Glühatmosphäre in Bezug auf den Taupunkt zu gewährleisten.
Als Trägermedium für die eingespeiste Feuchtigkeit empfiehlt sich Dampf oder befeuchtetes N2- oder N2-H2-Gas . Eine Regulierung des Taupunkts sowie die Taupunkt- Verteilung im Glühofen können zusätzlich durch eine
Regelung des jeweils eingespeisten Trägergasvolumenstroms oder der Geschwindigkeit der Gasströmung innerhalb des Glühofens erfolgen. Die Geschwindigkeit der den Glühofen durchströmenden Gasströmung kann dabei dadurch
manipuliert werden, dass das Druckgefälle zwischen dem Ausgangsbereich des Glühofens und einer Absaugung
verändert wird, welche typischerweise am Anfang des
Vorwärmofens positioniert ist. Diese Veränderung kann über eine Regelung der Absaugleistung oder der
eingespeisten Glühgasmenge in den Ofenraum geschehen. Das Druckgefälle wird dabei üblicherweise auf Werte von 2 - 10 mmWs eingestellt.
Um zu verhindern, dass H2 aus dem Glühofen in den Bereich des Vorwärmofens gelangt und dort die gewünschte
Oxidation des Stahlflachprodukts durch eine parasitäre Reaktion des eindringenden H2 mit dem in der
Voroxidationsatmosphäre vorhandenen 02 zu H20 behindert, sollte der Vorwärmofen von dem Glühofen so abgeteilt werden, dass die möglicherweise aus dem Glühofen
ausgetragenen, in Richtung des Vorwärmofens strömenden H2-Volumenanteile vor Erreichen der Voroxidationszone abgebunden werden. Hierzu kann am Anfang des Glühofens H2 im Bereich des Übergangs vom Vorwärmofen zum Glühofen eine 02-haltige, beispielsweise als reine 02-Gasströmung oder Luftströmung vorliegende Gasströmung eingebracht werden, um vom Glühofen in diesen Bereich eindringendes H2 zu H20 abzureagieren. Die jeweils eingespeiste 02-Menge wird dabei so reguliert, dass im in der Regel tunnelartig ausgebildeten Übergangsbereich zwischen Vorwärm- und Glühofen messtechnisch weitestgehend kein H2 nachweisbar ist .
Alternativ oder ergänzend kann die gezielte Abreaktion von in den Vorwärmofen gelangendem Wasserstoff auch dadurch erfolgen, dass mindestens ein in der Nähe des Ausgangs des Vorwärmofens angeordneter letzter Brenner des Vorwärmofens mit einem so hohen 02-Überschuss
betrieben wird, dass in Folge dieses Überschusses der dort überschüssige 02-Anteil der Voroxidationsatmosphäre wiederum den gegebenenfalls in den Vorwärmofen
eindringenden Wasserstoff zu Wasserdampf abbindet.
Im Anschluss an das rekristallisierende Glühen unter der in Bezug auf das auf dem Stahlflachprodukt nach der
Voroxidation vorhandene FeO reduzierend wirkenden
Glühatmosphäre wird das Stahlflachprodukt, das nun eine im Wesentlichen aus metallischem Eisen bestehende, aktive Oberfläche aufweist, auf die erforderliche
Badeintrittstemperatur abgekühlt. Abhängig von der Art des Schmelztauchbades wird die Badeintrittstemperatur dabei zwischen 430 - 800 °C variiert. So liegt die
Badeintrittstemperatur im Fall, dass das
Stahlflachprodukt mit einer metallischen Schutzschicht auf Zink-Basis schmelztauchbeschichtet werden soll, typischerweise bei 430 - 650 °C und die Temperatur des Schmelzenbades im Bereich von 420 - 600 °C. Soll dagegen das Stahlflachprodukt mit einer metallischen
Schutzschicht auf Aluminium-Basis schmelztauchbeschichtet werden, so werden typischerweise Badeintrittstemperaturen des Stahlflachprodukts von 650 - 800 °C bei
Schmelzenbadtemperaturen von 650 - 780 °C gewählt.
Optional kann sich nach dem Abkühlen eine sich über
5 - 60 s erstreckende Überalterungsbehandlung bei der Badeintrittstemperatur anschließen. Eine solche
Überalterungsbehandlung ist bei einigen Stählen
zweckmäßig, um die zur Erreichung der geforderten
Werkstoffeigenschaften notwendigen Mikrostrukturen einzustellen. Dies ist z. B. bei TRIP-Stählen der Fall, bei denen durch die Überalterungsbehandlung Zeit und Temperatur für die Diffusion des Kohlenstoffs zur
Verfügung gestellt werden.
Das auf die Badeintrittstemperatur abgekühlte
Stahlflachprodukt wird unter Vermeidung eines Kontaktes mit einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, insbesondere mit der Umgebungsatmosphäre, in das metallische Schmelzbad geleitet. Dazu wird üblicherweise ein so genannter Rüssel verwendet, der an das Ende der Abkühlzone oder die optional vorhandene Überalterungszone des Glühofens angeschlossen ist und mit seinem freien Ende in das Schmelzenbad taucht. In der Kühlzone, der optional vorhandenen Überalterungszone und in dem Rüssel herrscht dabei eine Schutzgasatmosphäre aus 100 % N2, N2 mit bis zu 50,0 Vol.-%, insbesondere bis zu 10,0 Vol.-% H2 , oder 100 % H2 die gegenüber dem Stahlband nicht-reaktiv oder reduzierend wirkt. Eine Zugabe von Wasserstoff zur
Schutzgasatmosphäre im Rüssel ist nicht grundsätzlich erforderlich. Sie erweist sich allerdings als vorteilhaft in Abhängigkeit von Bandgeschwindigkeit und
Bandabmessungen, um Beschichtungsfehler durch Oberschlacke zu vermeiden. Eine Wasserstoffzugäbe von bis zu 10 Vol.-% hat sich in diesem Zusammenhang als
besonders günstig erwiesen.
Innerhalb des Rüssels sollte der Taupunkt dabei zwischen -80 - -25 °C, insbesondere -50 °C bis -25 °C liegen. Der Taupunkt der Schutzgasatmosphäre im Rüssel sollte nicht unterhalb von -80 °C liegen, weil darunter die Atmosphäre zu trocken wird. Dies könnte zu Staubbildung führen, wodurch wiederum das Beschichtungsergebnis negativ beeinflusst würde. Gleichzeitig soll der Taupunkt der Schutzgasatmosphäre im Rüssel nicht oberhalb von -25 °C liegen, weil sonst die Atmosphäre zu feucht würde, was wiederum eine vermehrte Schlackebildung mit sich bringen würde. Ein minimiertes Risiko der Staubbildung und eine gleichzeitig hohe Prozessstabilität ergeben sich dann, wenn der Taupunkt im Rüssel zwischen -50 °C bis -25 °C beträgt .
Das so in das Schmelzenbad geleitete Stahlflachprodukt durchläuft das Schmelzenbad innerhalb einer 1 - 10 s, insbesondere 2 - 5 s betragenden Verweilzeit. Indem die Durchlaufzeit mindestens 1 s beträgt, ist sichergestellt, dass im Schmelzenbad eine reaktive Benetzung zwischen Stahloberfläche und Beschichtungsbad abläuft. Dabei sollte die Durchlaufzeit nicht länger als 10 s dauern, um ein unerwünschtes Durchlegieren des Überzugs zu
vermeiden. Die Zeitspanne von 2 - 5 s für die
Durchlaufzeit hat sich als besonders geeignet erwiesen, um eine hinsichtlich des Beschichtungs- und
Haftungsergebnisses optimierte Oberflächenbeschaffenheit zu gewährleisten. Die Zusammensetzung des Schmelzenbades richtet sich dabei nach den jeweiligen Vorgaben des Endverwenders und kann beispielsweise wie folgt beschaffen sein (alle
Gehaltsangaben in Gew.-%): i) so genannte "Z-", " ZA- " , "AZ-Überzüge" :
0,1 - 60,0 %, insbesondere 0,15 - 0,25 %, AI, bis zu 0,5 % Fe, und als Rest Zn und unvermeidbare
Verunreinigungen, darunter Spuren von Si, Mn, Pb und Seltenen Erden; ii) so genannte "ZM-Überzüge" :
0,1 - 8,0 % AI, 0,2 - 8,0 % Mg, weniger als 2,0 % Si, weniger als 0,1 % Pb, weniger als 0,2 % Ti, weniger als 1 % Ni, weniger als 1 % Cu, weniger als 0,3 % Co, weniger als 0,5 % Mn, weniger als 0,1 % Cr, weniger als 0,5 % Sr, weniger als 3,0 % Fe, weniger als 0,1 % B, weniger als 0,1 % Bi, weniger als 0,1 % Cd, Rest Zn und unvermeidbare Verunreinigungen, darunter Spuren von Seltenen Erden, wobei für das Verhältnis %Al/%Mg des jeweiligen Al-Gehalts %A1 zum jeweiligen Mg-Gehalt %Mg gelten soll: %Al/%Mg < 1; iii) Überzüge der in der EP 1 857 566 AI, der
EP 2 055 799 AI oder der EP 1 693 477 AI
dokumentierten Art; iv) so genannte AS-Überzüge: weniger als 15 % Si, weniger als 5,0 % Fe, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, darunter Spuren von Zn und Seltenen Erden;
Beim Austritt aus dem Schmelzenbad wird die Dicke der auf dem aus dem Schmelzenbad austretenden Stahlflachprodukt vorhandenen metallischen Schutzschicht in konventioneller Weise eingestellt. Hierzu können an sich bekannte
Einrichtungen, wie Abstreifdüsen oder vergleichbares eingesetzt werden.
Soll ein so genanntes "Galvannealing-Produkt" zur
Verfügung gestellt werden, so kann das
schmelztauchbeschichtete Stahlflachprodukt inline auf die Schmelztauchbeschichtung folgend zur Erzeugung eines Fe- Zn-Legierungsüberzugs ( "ZF-Überzug" ) thermisch
nachbehandelt werden. In diesem Fall hat sich ein
Schmelzbad bewährt, das neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen, darunter Spuren an Si, Mn und Pb, 0,1 - 0,15 Gew.-% AI und bis zu 0,5 Gew.-% Fe enthält.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch :
Fig. 1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignete
Schmelztauchbeschichtungsanlage ;
Fig. 2 eine in der Schmelztauchbeschichtungsanlage gemäß
Fig. 1 eingesetzte Kombination aus Brenner und Jet-Rohr zur Erzeugung einer besonders homogenen 02-Verteilung innerhalb der Brennflamme zwecks Voroxidation;
Fig. 3 eine Darstellung einer erfindungsgemäß
installierten Befeuchtungseinrichtung zur gezielten Befeuchtung der Glühofenatmosphäre;
Fig. 4 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Taupunkt- Stabilisierung oberhalb der kritischen Taupunkt- Grenze über die gesamte Länge des Glühofens durch kombinierte Nutzung von gezielter Voroxidation (Taupunkt in Folge FeO-Reduktion) und Befeuchtung (Taupunkt in Folge Befeuchtung) .
Die Schmelztauchbeschichtungsanlage A weist in horizontal ausgerichteter Förderrichtung F des als Stahlband
vorliegenden, zu beschichtenden Stahlflachprodukts S in unmittelbarem Anschluss aufeinander folgend einen
optional zum Vorwärmen des Stahlflachprodukts S
vorgesehenen DFI-Booster 1, einen mit seinem Eingang 2 an den DFI-Booster angeschlossenen Vorwärmofen 3, in dem ein Voroxidationsabschnitt 4 ausgebildet ist, einen Glühofen 6, der mit einem Übergangsbereich 7 an den Ausgang 8 des Vorwärmofens 3 angeschlossen ist, eine an den Ausgang 9 des Glühofens 6 angeschlossene Abkühlzone 10, einen an die Abkühlzone 10 angeschlossenen Rüssel 11, der an den Ausgang 12 der Abkühlzone 10 angeschlossen ist und mit seinem freien Ende in ein Schmelzenbad 13 taucht, eine in dem Schmelzenbad 13 angeordnete erste Umlenkeinrichtung 14, eine Einrichtung 15 zum Einstellen der Dicke des auf dem Stahlflachprodukt S im Schmelzenbad 13 aufgetragenen metallischen Überzugs sowie eine zweite Umlenkeinrichtung 16 auf.
Der Vorwärmofen 3 ist vom DFF-Typ. In ihm sind über die Förderstrecke des Vorwärmofens 3 verteilt in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Brenner angeordnet. Eine Gruppe dieser Brenner ist dabei der Unterseite und eine andere Gruppe der Oberseite des zu beschichtenden Stahlflachprodukts S zugeordnet. Außerhalb des Voroxidationsabschnitts 4 sind die Brenner in
konventioneller Weise ausgebildet und werden in bekannter Weise mit dem erforderlichen Brenngas und Sauerstoff versorgt .
Im Bereich des Voroxidationsabschnitts 4 bilden die Brenner jeweils mit einem Jet-Rohr eine Brenner/Jet-Rohr- Kombination 17 der in Fig. 2 dargestellten Art. Die Brenner 18 der Brenner/Jet-Rohr-Kombinationen 17 sind dabei jeweils über eine Brenngasleitung 19 an eine hier nicht dargestellte Brenngasversorgung und über eine SauerstoffVersorgungsleitung 20 an eine ebenfalls hier nicht gezeigte SauerstoffVersorgung angeschlossen. Vor dem Eintritt in den Brenner 18 ist über ein Regelventil 21 jeweils eine Sauerstoffabzweigleitung 22 an die
SauerstoffVersorgungsleitung 20 angeschlossen. Die
Sauerstoffabzweigleitung 22 führt jeweils zu einem nach Art des in der DE 10 2004 047 985 AI erläuterten Standes der Technik gestalteten Jet-Rohr 23, das den aus ihm mit hoher Strömungsenergie und Konzentration austretenden Sauerstoff-Gasstrahl in die Brennerflamme richtet. Auf diese Weise wird eine starke Verwirbelung der
Brennerflamme und damit einhergehend ein intensiver Kontakt der Brennerflamme und der in der
Voroxidationszone herrschenden Voroxidationsatmosphäre mit dem zu beschichtenden Stahlflachprodukt S bewirkt.
Im Übergangsbereich 7 ist eine hier ebenfalls im
Einzelnen nicht gezeigte Einrichtung zum gezielten
Einspeisen von Sauerstoff oder Luft in den
Übergangsbereich 7 vorgesehen. Zweck dieser Einspeisung ist die Abbindung von Wasserstoff, der möglicherweise in Folge der im Glühofen 6 von dessen Ausgang 9 in Richtung von dessen Eingang strömenden Gasströmung G in den
Übergangsbereich 7 gelangt. Gleichzeitig ist im Bereich des Eingangs des Glühofens 6 eine Absaugeinrichtung 24 angeordnet, die die zum Eingang des Glühofens gelangende Gasströmung G absaugt.
Benachbart zum Ausgang 9 des Glühofens 6 sind zwei
Befeuchtungseinrichtungen 25,26 angeordnet, von denen die eine der Oberseite und die andere der Unterseite des zu beschichtenden Stahlflachprodukts S zugeordnet ist. Die Befeuchtungseinrichtungen 25,26 sind als geschlitzte oder gelochte, quer zur Förderrichtung F des
Stahlflachprodukts S ausgerichtete Rohre ausgebildet und an eine Versorgungsleitung 27 angeschlossen, über die die Befeuchtungseinrichtungen 25,26 mit Dampf- oder einem befeuchteten Trägergas, wie N2 oder N2/H2, versorgt werden.
Die Abkühlzone 10 kann so ausgelegt sein, dass das auf die jeweilige Badeintrittstemperatur abgekühlte
Stahlflachprodukt S vor seinem Eintritt in den Rüssel 11 noch in der Abkühlzone 10 eine Überalterungsbehandlung bei der Badeintrittstemperatur durchläuft. Im Schmelzenbad 13 wird das Stahlflachprodukt S an der ersten Umlenkeinrichtung 14 in vertikaler Richtung umgelenkt und durchläuft die Einrichtung 15 zur
Einstellung der Dicke der metallischen Schutzschicht. Anschließend wird das mit der metallischen Schutzschicht versehene Stahlflachprodukt S an der zweiten
Umlenkeinrichtung 16 wieder in die horizontale
Förderrichtung F umgelenkt und gegebenenfalls weiteren Behandlungsschritten in hier nicht dargestellten
Anlagenteilen unterzogen.
In einer der Schmelztauchanlage A entsprechenden
Beschichtungslinie sind zum Nachweis der Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedene Proben von Stahlflachprodukten in Versuchen VI - V14 mit einer metallischen Schutzschicht schmelztauchbeschichtet worden .
Die schmelztauchbeschichteten Proben bestanden dabei jeweils aus einem der hoch-/ höchstfesten Stählen
Sl - S7, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist .
Figure imgf000029_0001
Alle Angaben in Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
Tabelle 1 In Tabelle 2 sind die bei den Versuchen eingestellten Versuchsparameter für die Schmelztauchveredelung der untersuchten Proben angegeben. Hierbei gelten folgende Bezeichnungen :
Stahl = chemische Legierungszusammensetzung des
Stahlflachprodukts gemäß Tabelle 1
Tl = Voroxidationstemperatur in °C
Atml = Zusammensetzung der Voroxidationsatmosphäre
während des Voroxidationsschritts (die %-Angaben bezeichnen die Gehalte des jeweiligen
Bestandteils in Vol.-%)
T2 = Haltetemperatur in °C
Atm2 = Zusammensetzung der Glühatmosphäre während des
Haltens (die %-Angaben bezeichnen die Gehalte des jeweiligen Bestandteils in Vol.-%)
TP1 = Taupunkt am Anfang des Glühofens in °C
TP2 = Taupunkt in der Mitte des Glühofens in °C
TP3 = Taupunkt am Ende des Glühofens in °C
B = aktive Glühofen-Befeuchtung zugeschaltet?
T4 = Bandeintrittstemperatur in °C
Atm3 = Atmosphärenzusammensetzung Rüsselzone (die
%-Angaben bezeichnen die Gehalte des jeweiligen
Bestandteils in Vol.-%)
TP4 = Taupunkt der Abkühlatmosphäre in der Rüsselzone
Figure imgf000030_0001
Bad = Schmelzbadzusammensetzung (Angaben in Gew.-%) Galv = Ist eine thermische Nachbehandlung
(Galvannealing) durchgeführt worden? Die Beurteilungen der Beschichtungsergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst . Sie belegen eindeutig, dass die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens optimale Resultate ergibt, während nicht erfindungsgemäß erzeugte Stahlflachprodukte Mängel aufweisen.
Ein nach erfindungsgemäßen Verfahren
schmelztauchbeschichtetes Stahlflachprodukt eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Oberflächeneigenschaften hervorragend, um mittels ein-, zwei- oder mehrstufiger Kalt- oder Warmumformung zu einem hoch-/ höchstfesten Blechbauteil weiterverarbeitet zu werden. Dies gilt vorrangig für Anwendungen der
Automobilindustrie, aber auch für Apparate-, Maschinenoder Hausgerätebau sowie die Bauindustrie. Neben den herausragenden mechanischen Bauteileigenschaften
zeichnet sich ein solches Blechbauteil weiterhin durch besondere Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus. Die Anwendung eines erfindungsgemäß
schmelztauchveredelten Stahlflachprodukts hebt somit nicht nur Leichtbaupotential, sondern verlängert auch die Produktlebensdauer .
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren bei einem
schmelztauchbeschichteten Stahlflachprodukt eine
optimale Benetzung und Haftung des Schmelztauchüberzugs durch eine Voroxidation in einem DFF-Vorwärmofen und eine Befeuchtung der Glühatmosphäre in einer Haltezone erzielt werden. Dazu wird zunächst das 550 - 850 °C heiße Stahlflachprodukt in einem Voroxidationsabschnitt des DFF-Ofens innerhalb von 1 - 15 s einer oxidierenden durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gasstroms in die Flamme eines Brenners eingebrachte Atmosphäre ausgesetzt, um auf seiner Oberfläche eine deckende FeO- Schicht zu bilden, wogegen außerhalb des
Voroxidationsabschnitts im DFF-Ofen eine gegenüber der Stahloberfläche reduzierende oder neutrale Atmosphäre herrscht. Dann wird das Stahlflachprodukt derart auf eine Haltetemperatur von 600 - 1100 °C aufgeheizte Stahlflachprodukt unter einer FeO reduzierenden
Atmosphäre rekristallisierend geglüht, deren Taupunkt durch Feuchtigkeitszugabe bei -40 °C bis +25 °C gehalten wird, unter einer < 100 % N2 und einen Taupunkt von -80 °C bis -25 °C aufweisenden Atmosphäre auf eine
Badeintrittstemperatur von 420 - 780 °C abgekühlt und durch ein Schmelzenbad geleitet.
BEZUGSZEICHEN
1 DFI-Booster
2 Eingang 2 des Vorwärmofens 3
3 Vorwärmofen
4 Voroxidationsabschnitt des Vorwärmofens 3
6 Glühofen
7 Übergangsbereich zwischen dem Vorwärmofen 3 und dem Glühofen 6
8 Ausgang des Vorwärmofens 3
9 Ausgang des Glühofens 6
10 Abkühlzone
11 Rüssel
12 Ausgang der Abkühlzone 10
13 Schmelzenbad
14 Umlenkeinrichtung
15 Einrichtung zum Einstellen der Dicke des auf dem Stahlflachprodukt S im Schmelzenbad 13
aufgetragenen metallischen Überzugs
16 Umlenkeinrichtung
17 Brenner/Jet-Rohr-Kombinationen
18 Brenner
19 Brenngasleitung
20 Sauerstoff ersorgungsleitung
21 Regelventil
22 Sauerstoffabzweigleitung
23 Jet-Rohr
24 Absaugeinrichtung
25,26 Befeuchtungseinrichtungen
27 Versorgungsleitung
A Schmelztauchbeschichtungsanläge
F Förderrichtung des zu beschichtenden
Stahlflachprodukts S
G Gasströmung
5 zu beschichtendes Stahlflachprodukt
Figure imgf000034_0001
es ist keine Voroxidation durchgeführt worden
Tabelle 2
Versuch Erfindungsgemäß Ergebnis
VI Ja gute Benetzung und Haftung
V2 Ja gute Benetzung und Haftung
V3 Ja gute Benetzung und Haftung
V4 Nein gestörte Benetzung und Haftung
V5 Ja gute Benetzung und Haftung
V6 Nein gestörte Benetzung
V7 Nein gestörte Benetzung und Haftung
V8 Ja gute Benetzung und Haftung
V9 Ja gute Benetzung und Haftung
V10 Ja gute Benetzung und Haftung
Vll Ja gute Benetzung und Haftung
V12 Nein gestörte Benetzung und Haftung
VI3 Ja gute Benetzung und Haftung
VI4 Ja gute Benetzung und Haftung
Tabelle 3

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Herstellung eines durch
Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen
Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts, umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines kalt- oder warmgewalzten
Stahlflachprodukts, das neben Fe und
unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 35,0 % Mn, bis zu 10,0 % AI, bis zu 10,0 % Si, bis zu 5,0 % Cr, bis zu 2,0 % Ni, jeweils bis zu 0,5 % an Ti, V, Nb, Mo, jeweils bis zu 0,1 % an S, P und N, bis zu 1,0 % C sowie optional 0,0005 - 0,01 % B enthält ; b) optionales Reinigen des Stahlflachprodukts; c) Aufheizen des Stahlflachprodukts auf eine
600 - 1100 °C betragende Haltetemperatur, wobei das Aufheizen c.l) innerhalb einer Aufheizzeit von 5 - 60 s c.2) in einem Vorwärmofen des DFF-Typs erfolgt, c.3) in dem ein Voroxidationsabschnitt ausgebildet ist, in dem das Stahlflachprodukt eine Voroxidationstemperatur von 550 - 850 °C aufweist und in dem das Stahlflachprodukt für 1 - 15 s einer oxidierenden Atmosphäre mit einem Sauerstoff-Gehalt von 0,01 - 3,0 Vol.-% ausgesetzt wird, der durch Einblasen eines sauerstoffhaltigen Gasstroms in die Flamme mindestens eines dem Voroxidationsabschnitt zugeordneten Brenners in die
Voroxidationsatmosphäre eingebracht wird, um auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts eine deckende FeO-Schicht zu bilden, c.4) während außerhalb des Voroxidationsabschnitts in dem Vorwärmofen eine gegenüber der
Stahloberfläche reduzierende oder neutrale Atmosphäre herrscht, die aus N2 und
zusätzlich 5 - 15 Vol.-% C02, 0,1 - 2,0 Vol.- % CO und in Summe höchstens 10 Vol.-% H2, 02 und H20 besteht; rekristallisierendes Glühen des Stahlflachprodukts durch Halten des Stahlflachprodukts für eine
Haltedauer von 30 - 120 s auf der Haltetemperatur in einem Glühofen, der im Anschluss an den
Vorwärmofen durchlaufen wird, um eine
Rekristallisierung des Stahlflachprodukts zu bewirken, wobei d. l) in dem Glühofen eine gegenüber FeO
reduzierend wirkende Glühatmosphäre herrscht, die 0,01 - 85,0 Vol.-% H2, in Summe bis zu 5 Vol.-% H20, weniger als 0,01 Vol.-% 02 und als Rest N2 enthält und d.2) der Taupunkt der Glühatmosphäre über den gesamten Weg des Stahlflachprodukts durch den Glühofen zwischen -40 °C und +25 °C gehalten wird, indem durch Zufuhr von Feuchtigkeit mittels mindestens einer
Befeuchtungseinrichtung Verluste oder Unregelmäßigkeiten der Verteilung der Feuchtigkeit der Atmosphäre ausgeglichen werden; e) Abkühlen des Stahlflachprodukts auf eine
430 - 800 °C betragende Badeintrittstemperatur, wobei die Abkühlung unter einer Abkühlatmosphäre erfolgt, die bis zu 100 % aus N2 und, sofern vorhanden, als Rest aus H2 sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; f) optionales Halten des Stahlflachprodukts für
5 - 60 s bei der Badeintrittstemperatur und unter der Abkühlatmosphäre; g) Einleiten des Stahlflachprodukts in ein
Schmelzenbad, dessen Temperatur 420 - 780 °C beträgt, wobei im Übergangsbereich zu dem
Schmelzenbad die Abkühlatmosphäre aufrechterhalten bleibt und der Taupunkt der Abkühlatmosphäre auf -80 °C bis -25 °C eingestellt wird; h) Durchleiten des Stahlflachprodukts durch das
Schmelzenbad und Einstellen der Dicke der auf dem aus dem Schmelzenbad austretenden Stahlflachprodukt vorhandenen metallischen
Schutzschicht ; i) optionales Wärmebehandeln des mit der metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die
Aufheizzeit 5 - 30 s beträgt.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Voroxidationstemperatur 600 - 700 °C beträgt.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der mindestens eine dem Voroxidationsabschnitt zugeordnete Brenner mit 02-Überschuss (λ>1) betrieben wird .
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der sauerstoffhaltige Gasstrom in die Flamme des dem Voroxidationsabschnitt zugeordneten Brenners mittels einer Jet-Düse eingebracht wird, die einen
konzentrierten gerichteten Gasstrahl in die Flamme richtet .
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s dem Voroxidationsabschnitt mindestens zwei Brenner zugeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Brenner ein DFI-Booster eingesetzt wird, bei dem der Oberseite und der Unterseite des
Stahlflachprodukts jeweils mindestens eine
Brennerrampe zugeordnet ist.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Haltetemperatur 750 - 850 °C beträgt.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Glühofen vom RTF-Typ ist .
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Glühatmosphäre während des Haltens 3,0 - 10,0 Vol.-% H2, in Summe bis zu 5 Vol.-% an H20, weniger als 0,01 Vol.-% 02 und als Rest N2 enthält.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Taupunkt der Glühatmosphäre über den gesamten Weg des Stahlflachprodukts durch den Glühofen zwischen -30 °C und 0 °C gehalten wird.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die mindestens eine Befeuchtungseinrichtung
benachbart zum Ausgang des Glühofens angeordnet ist und der Glühofen von einer Gasströmung durchströmt wird, die in Richtung des Eingangs des Glühofens gerichtet ist.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Trägermedium für das Einspeisen der Feuchtigkeit durch die Befeuchtungseinrichtung Wasserdampf oder befeuchtetes N2-Gas mit optionalen Gehalten an H2 verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in den Bereich des Übergangs von dem Vorwärmofen zum Glühofen eine 02-haltige Gasströmung eingebracht wird, um vom Glühofen in diesen Bereich
eindringendes H2 zu H20 abzureagieren.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abkühlatmosphäre max . 10,0 Vol.-% H2 enthält.
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